一种高压电池组的预充电路和预充方法与流程

本发明实施例涉及电池技术领域，特别涉及一种高压电池组的预充电路和预充方法。

背景技术：

近年来，由于全球气候变暖、环境污染和能源紧张问题，世界各国纷纷推出了燃油汽车禁售时间表。随着各种优惠政策对新能源汽车的倾斜，越来越多的企业抓住了这个机遇，大力发展新能源汽车。得益于此，新能源汽车的发展十分迅速。但是，由于是新的领域，也面临着很多挑战，如核心技术基础薄弱、生产准入门槛较低、相关标准不统一、基础配套设置不够完善等问题。

然而，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：目前，新能源汽车和传统燃油汽车相比，最大的缺点就是充电速度较慢，导致新能源汽车充好电的时间远远长于燃油汽车加好油的时间，这极大的浪费了客户的时间。基于这个客户使用痛点，许多企业都设计开发了快充功能，将新能源汽车充好电的时间大大缩短。但是，现有的快充支路和放电支路缺乏对高压开关的保护，所以有时会出现高压开关无法控制的情况，会对电池包和汽车的安全性造成极大的威胁。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的在于提供一种高压电池组的预充电路和预充方法，使得能够解决由于充电开关模块和主正开关模块两端电压压差过大，导致的闭合瞬间产生大电流的问题，进而避免了大电流对充电开关模块和主正开关模块的寿命及可控性的影响。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种高压电池组的预充电路，包括：高压电池组、主正开关模块、主正预充模块、充电开关模块、充电预充模块、主负开关模块和控制模块；高压电池组的正极分别与主正开关模块的第一端和充电开关模块的第一端连接，高压电池组的负极与主负开关模块的第一端连接；主正开关模块的第二端与预充电路的主正连接端连接，充电开关模块的第二端与预充电路的充电连接端连接，主负开关模块的第二端与预充电路的主负连接端连接；主正预充模块与主正开关模块并联，充电预充模块与充电开关模块并联；在充电过程中，控制模块控制充电预充模块闭合，检测充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压，在确定充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压符合第一约束关系后，闭合充电开关模块，断开充电预充模块；在放电过程中，控制模块控制主正预充模块闭合，检测主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压，在确定主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压符合第二约束关系后，闭合主正开关模块，断开主正预充模块。

本发明的实施方式还提供了一种高压电池组的预充方法，应用于上述实施方式提及的高压电池组的预充电路，包括以下步骤：在充电过程中，控制充电预充模块闭合；检测充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压；判断充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压是否符合第一约束关系；若确定是，闭合充电开关模块，断开充电预充模块；在放电过程中，控制主正预充模块闭合；检测主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压；判断主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压是否符合第二约束关系；若确定是，闭合主正开关模块，断开主正预充模块。

本发明实施方式相对于现有技术而言，充电过程中，高压电池组通过充电预充模块进行预充，并在确定充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压符合第一约束关系后，再闭合充电开关模块，减小了充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压之间的差值。由于减小了充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压之间的差值，充电开关模块闭合的瞬间不会产生过大的冲击电流，不会对充电开关模块的寿命造成影响，进而避免了由于经常性产生较大冲击电流造成充电开关模块粘连，导致控制模块无法控制充电开关模块断开的问题，提高了高压电池组和电动汽车的安全性。放电过程中，高压电池组通过主正预充模块进行预充，并在确定主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压符合第二约束关系后，再闭合主正开关模块，减小了主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压之间的差值。由于减小了主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压之间的差值，主正开关模块闭合的瞬间不会产生过大的冲击电流，不会对主正开关模块的寿命造成影响，进而避免了由于经常性产生较大冲击电流造成主正开关模块粘连，导致控制模块无法控制主正开关模块断开的问题，提高了高压电池组和电动汽车的安全性。

另外，高压电池组的预充电路还包括主负预充模块，主负预充模块与主负开关模块并联。该实现中，主负预充模块可以作为主正预充模块或充电预充模块的备用预充模块，也可以与主正预充模块或充电预充模块配合，实现分级预充。

另外，充电预充模块包括充电预充开关和第一电阻网络，充电预充开关和第一电阻网络串联；主正预充模块包括主正预充开关和第二电阻网络，主正预充开关和第二电阻网络串联。

另外，主负预充模块包括主负预充开关和第三电阻网络，主负预充开关和第三电阻网络串联。

另外，高压电池组的预充电路还包括第一电流检测模块；充电开关模块的第二端通过第一电流检测模块与充电连接端连接，第一电流检测模块与控制模块连接；控制模块在确定第一电流检测模块检测得到的电流值超过第一阈值时，上报过流故障。该实现中，能够及时发现并上报充电过程中的过流问题。

另外，高压电池组的预充电路还包括第二电流检测模块；主正开关模块的第二端通过第二电流检测模块与主正连接端连接，第二电流检测模块与控制模块连接；控制模块在确定第二电流检测模块检测得到的电流值超过第二阈值时，上报过流故障。该实现中，能够及时发现并上报放电过程中的过流问题。

另外，高压电池组的预充电路还包括第三电流检测模块；主负开关模块的第二端通过第三电流检测模块与主负连接端连接；第三电流检测模块与控制模块连接；在充电过程中，控制模块在确定第三电流检测模块检测得到的电流值超过第一阈值时，上报过流故障；在放电过程中，控制模块在确定第三电流检测模块检测得到的电流值超过第二阈值时，上报过流故障。

另外，高压电池组的预充电路还包括充电模块和放电模块；充电模块的第一端与充电连接端连接，充电模块的第二端与主负连接端连接，放电模块的第一端与主正连接端连接，放电模块的第二端与主负连接端连接。

另外，放电模块包括n个负载子模块，高压电池组的预充电路还包括n个第四电流检测模块，n个负载子模块与n个第四电流检测模块一一对应；其中，每个负载子模块的第一端通过负载开关与对应的第四电流检测模块的第二端连接，第四电流检测模块的第一端均与主正连接端连接，每个负载子模块的第二端均与主负连接端连接；每个第四电流检测模块分别与控制模块连接；控制模块在放电过程中，在确定第四电流检测模块检测得到的电流值超过第三阈值时，上报过流故障；n为正整数。该实现中，能够及时发现并上报各个放电支路的过流问题。

另外，在控制充电预充模块闭合之前，或，控制主正预充模块闭合之前，预充方法还包括：闭合主负开关模块。

另外，高压电池组的预充电路还包括主负预充模块，主负预充模块与主负开关模块并联；在充电过程中，在检测充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压之前，预充方法还包括：控制主负预充模块闭合；检测主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压；判断主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压是否符合第三约束关系；若确定是，闭合主负开关模块，断开主负预充模块；在放电过程中，在检测主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压之前，预充方法还包括：控制主负预充模块闭合；检测主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压；判断主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压是否符合第三约束关系；若确定是，闭合主负开关模块，断开主负预充模块。该实现中，能够实现分级预充。

另外，高压电池组的预充电路还包括主负预充模块，主负预充模块与主负开关模块并联；在充电过程中，在检测充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压之前，预充方法还包括：控制主负预充模块闭合；在闭合充电开关模块，断开充电预充模块之后，预充方法还包括：检测主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压；判断主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压是否符合第三约束关系；若确定是，闭合主负开关模块，断开主负预充模块；在放电过程中，在检测主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压之前，预充方法还包括：控制主负预充模块闭合；在闭合主正开关模块，断开主正预充模块之后，预充方法还包括：检测主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压；判断主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压是否符合第三约束关系；若确定是，闭合主负开关模块，断开主负预充模块。该实现中，能够实现分级预充。

另外，在控制充电预充模块闭合，或，控制主正预充模块闭合之前，预充方法还包括：确定高压电池组的绝缘阻值符合预设要求。该实现中，控制模块在高压电池组的绝缘阻值符合预设要求后在进行充电或者放电，提高了安全性。

另外，高压电池组的预充电路还包括第一电流检测模块；充电开关模块的第二端通过第一电流检测模块与充电连接端连接，第一电流检测模块与控制模块连接；在充电过程中，在闭合充电开关模块，断开充电预充模块之后，预充方法还包括：在确定第一电流检测模块检测得到的电流值超过第一阈值时，上报过流故障。

另外，高压电池组的预充电路还包括第二电流检测模块；主正开关模块的第二端通过第二电流检测模块与主正连接端连接，第二电流检测模块与控制模块连接；在放电过程中，在闭合主正开关模块，断开主正预充模块之后，预充方法还包括：在确定第二电流检测模块检测得到的电流值超过第二阈值时，上报过流故障。

另外，高压电池组的预充电路还包括第三电流检测模块，主负开关模块的第二端通过第三电流检测模块与主负连接端连接；第三电流检测模块与控制模块连接；在充电过程中，在闭合充电开关模块，断开充电预充模块之后，预充方法还包括：在确定第三电流检测模块检测得到的电流值超过第一阈值时，上报过流故障；在放电过程中，在闭合主正开关模块，断开主正预充模块之后，预充方法还包括：在确定第三电流检测模块检测得到的电流值超过第二阈值时，上报过流故障。

另外，高压电池组的预充电路还包括放电模块和n个第四电流检测模块，放电模块包括n个负载子模块，n个负载子模块与n个第四电流检测模块一一对应；每个负载子模块的第一端通过负载开关与对应的第四电流检测模块的第二端连接，第四电流检测模块的第一端均与主正连接端连接，每个负载子模块的第二端均与主负连接端连接；每个第四电流检测模块分别与控制模块连接；在放电过程中，在闭合主正开关模块，断开主正预充模块之后，预充方法还包括：在确定第四电流检测模块检测得到的电流值超过第三阈值时，上报过流故障。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明的第一实施方式的高压电池组的预充电路的结构示意图；

图2是本发明的第一实施方式的一种具体实现中的高压电池组的预充电路的结构示意图；

图3是本发明的第一实施方式的高压电池组的预充电路的电路图；

图4是本发明的第一实施方式的另一高压电池组的预充电路的电路图；

图5是本发明的第一实施方式的又一高压电池组的预充电路的电路图；

图6是本发明的第二实施方式的高压电池组的预充电路的结构示意图；

图7是本发明的第二实施方式的高压电池组的预充电路的电路图；

图8是本发明的第二实施方式的采用分级预充的高压电池组的预充电路的仿真图；

图9是本发明的第二实施方式的不采用分级预充的高压电池组的预充电路的仿真图；

图10是本发明的第二实施方式的两种充电电路的仿真结果图；

图11是本发明的第三实施方式的充电过程中的预充方法的流程图；

图12是本发明的第三实施方式的放电过程中的预充方法的流程图；

图13是本发明的第三实施方式的预充方法的总体策略的示意图；

图14是本发明的第四实施方式的充电过程中的预充方法的流程图；

图15是本发明的第四实施方式的放电过程中的预充方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

本发明的第一实施方式涉及一种高压电池组的预充电路，如图1所示，包括：高压电池组101、主正开关模块102、主正预充模块103、充电开关模块104、充电预充模块105、主负开关模块106和控制模块107。高压电池组101的正极分别与主正开关模块102的第一端和充电开关模块104的第一端连接，高压电池组101的负极与主负开关模块106的第一端连接；主正开关模块102的第二端与预充电路的主正连接端122连接，充电开关模块104的第二端与预充电路的充电连接端121连接，主负开关模块106的第二端与预充电路的主负连接端123连接；主正预充模块103与主正开关模块102并联，充电预充模块105与充电开关模块104并联；在充电过程中，控制模块107控制充电预充模块105闭合，检测充电开关模块104的第一端的电压和充电开关模块104的第二端的电压，在确定充电开关模块104的第一端的电压和充电开关模块104的第二端的电压符合第一约束关系后，闭合充电开关模块104，断开充电预充模块105。在放电过程中，控制模块107控制主正预充模块103闭合，检测主正开关模块102的第一端的电压和主正开关模块102的第二端的电压，在确定主正开关模块102的第一端的电压和主正开关模块102的第二端的电压符合第二约束关系后，闭合主正开关模块102，断开主正预充模块103。

在一个例子中，高压电池组的预充电路如图2所示，高压电池组的预充电路还包括充电模块108和放电模块109；充电模块108的第一端与充电连接端121连接，充电模块108的第二端与主负连接端123连接，放电模块109的第一端与主正连接端122连接，放电模块109的第二端与主负连接端123连接。

在一个例子中，在检测主正开关模块102的第一端的电压、主正开关模块102的第二端的电压、充电开关模块104的第一端的电压和充电开关模块104的第二端的电压时，以主负开关模块104的第一端为参考地。

在一个例子中，充电预充模块105包括充电预充开关和第一电阻网络，充电预充开关和第一电阻网络串联。主正预充模块103包括主正预充开关和第二电阻网络，主正预充开关和第二电阻网络串联。

在一个例子中，第一电阻网络可以为第一电阻，第二电阻网络可以为第二电阻。通过调节第一电阻的阻值大小，可以改变充电模块两端的容性器件的预充时间。当增大第一电阻的阻值时，将减小充电预充模块105所在支路的电流，增加充电模块两端的容性器件的预充时间。当减小第一电阻的阻值时，将增大充电预充模块105所在支路的电流，缩短充电模块两端的容性器件的预充时间。通过调节第二电阻的阻值大小，可以改变放电模块的容性器件两端的预充时间。当增大第二电阻的阻值时，将减小主正预充模块103所在支路的电流，增加放电模块两端的容性器件的预充时间。当减小第二电阻的阻值时，将增大主正预充模块103所在支路的电流，缩短放电模块两端的容性器件的预充时间。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，充电模块两端的容性器件可以是连接在充电模块的第一端和充电模块的第二端之间的电容，放电模块两端的容性器件可以是连接在放电模块的第一端和放电模块的第二端之间的电容。

值得一提的是，高压电池组通过主正预充模块对放电模块两端的容性器件进行预充，降低了主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压的差值，使得主正开关模块闭合的瞬间不会产生过大的冲击电流，避免了过大的冲击电流对主正开关模块的寿命和稳定性的影响。

值得一提的是，高压电池组通过充电预充模块对充电模块两端的容性器件进行预充，降低了充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压的差值，使得充电开关模块闭合的瞬间不会产生过大的冲击电流，避免了过大的冲击电流对充电开关模块的寿命和稳定性的影响。

本领域技术人员可以理解，实际应用中，第一约束关系可以是充电开关模块104的第二端的电压不小于充电开关模块104的第一端的电压的k倍，k为小于1的正数，第二约束关系可以是主正开关模块102的第二端的电压不小于主正开关模块102的第一端的电压的t倍，t为小于1的正数。具体实现中，k和t的取值可以相同，也可以不同，具体取值可以根据高压电池组的预充电路的具体结构、各器件的参数等设置。

以下结合高压电池组的预充电路的具体电路图，对高压电池组的预充电路的控制逻辑进行举例说明。

在一个例子中，高压电池组的预充电路的电路图如图3所示。其中，v表示高压电池组，s1表示充电预充开关，s2表示充电开关模块，s3表示主正预充开关，s4表示主正开关模块，s5表示主负开关模块，r1表示第一电阻网络，r2表示第二电阻网络。u1为主正开关模块的第一端的电压和充电开关第一端的电压，u2为主正开关模块的第二端的电压，u3为充电开关模块的第二端的电压。可选的，充电模块可以是快充插座，放电模块可以是汽车的用电设备，例如电机、空调、逆变器等。可选的，第一约束关系为充电开关模块的第二端的电压等于充电开关模块的第一端的电压的0.8倍，第二约束关系为主正开关模块的第一端的电压等于主正开关模块的第二端的电压的0.8倍。

在高压电池组快速充电的过程中，控制模块闭合s1和s5，高压电池组对充电模块两端的容性器件进行充电。控制模块对u1和u3进行电压采样，当u1和u3满足第一约束关系，控制模块闭合s2，断开s1，充电模块对高压电池组进行充电。通过上述内容可知，当存在充电预充模块时，u1和u3的电压差不会太大，不会在s2闭合的瞬间产生一个大的冲击电流，故不会对s2的寿命造成影响，也不会对快充插座内部的容性器件的寿命造成影响，保护了s2和快充插座内部的容性器件。

在高压电池组放电过程中，控制模块闭合s3和s5，高压电池组对放电模块两端的容性器件进行充电，例如，放电模块两端的x电容。控制模块对u1和u2进行电压采样，当u1和u2满足第二约束关系时，控制模块闭合s4，断开s3，高压电池通过放电模块进行放电。通过上述内容可知，当存在主正预充模块时，u1和u2的电压差不会太大，不会在s4闭合的瞬间产生一个大的冲击电流，故不会对s4的寿命造成影响，也不会对放电模块内部的容性器件的寿命造成影响，保护了s4和快充插座内部的容性器件。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，上述例子仅为举例说明，实际应用中，高压电池组的预充电路也可以是其他电路形式。

例如，高压电池组的预充电路包括高压电池组、充电开关模块、主正开关模块、主负开关模块和主负预充模块，高压电池组的正极分别与主正开关模块的第一端和充电开关模块的第一端连接，高压电池组的负极与主负开关模块的第一端连接；主正开关模块的第二端与放电模块的第一端连接，充电开关模块的第二端与充电模块的第一端连接，充电模块的第二端和放电模块的第二端分别与主负开关模块的第二端连接。主负预充模块与主负开关模块并联，包括主负预充开关和第三电阻网络。其电路图如图4所示，图4中，v表示高压电池组，s1表示充电开关模块，s2表示主正开关模块，s3表示主负预充开关，s4表示主负开关模块，r3表示第三电阻网络。在充电和放电过程中，控制模块均先控制s3闭合，在主负开关模块的第二端的电压等于主负开关模块的第一端的电压的0.8倍后，闭合s4，断开s3。

在一个例子中，控制模块在控制主正预充模块闭合之前，或，在控制充电预充模块闭合之前，确定高压电池组的绝缘阻值符合预设要求，即该实现中，高压电池组的绝缘阻值处于安全范围内，以确保高压电池组的预充电路的安全。其中，绝缘阻值的安全范围可以根据具体需要设置。

在一个例子中，高压电池组的预充电路还包括第一电流检测模块111；充电开关模块的第二端通过第一电流检测模块111与充电连接端121连接，第一电流检测模块111与控制模块107连接；控制模块107在确定第一电流检测模块111检测得到的电流值超过第一阈值时，上报过流故障。

在一个例子中，高压电池组的预充电路还包括第二电流检测模块112，主正开关模块的第二端通过第二电流检测模块112与主正连接端122连接，第二电流检测模块112与控制模块107连接；控制模块107在确定第二电流检测模块112检测得到的电流值超过第二阈值时，上报过流故障。

在一个例子中，高压电池组的预充电路还包括第三电流检测模块113；主负开关模块的第二端通过第三电流检测模块113与主负连接端123连接；第三电流检测模块113与控制模块107连接；在充电过程中，控制模块107在确定第三电流检测模块113检测得到的电流值超过第一阈值时，上报过流故障；在放电过程中，控制模块107在确定第三电流检测模块113检测得到的电流值超过第二阈值时，上报过流故障。

在一个例子中，如图5所示，放电模块包括n个负载子模块1091，高压电池组的预充电路还包括n个第四电流检测模块114，n个负载子模块1091与n个第四电流检测模块114一一对应。其中，每个负载子模块1091的第一端通过负载开关s7与对应的第四电流检测模块114的第二端连接，第四电流检测模块114的第一端均与主正连接端122连接，每个负载子模块1091的第二端均与主负连接端123连接；每个第四电流检测模块114分别与控制模块107连接；控制模块107在放电过程中，在确定第四电流检测模块114检测得到的电流值超过第三阈值时，上报过流故障；n为正整数。

值得一提的是，控制模块能够对过流故障进行检测，避免过流故障对高压电池组造成影响。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，第一阈值、第二阈值和第三阈值可以根据高压电池组的预充电路中各器件的工作电流、最大电流值或其他参数确定，本实施方式不限制第一阈值、第二阈值和第三阈值的具体取值。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，在上报过流故障后，控制模块可以有选择的执行断开相应的开关、降低功率等策略。

值得一提的是，控制模块能够在流经主正开关模块、充电开关模块、主负开关模块和各负载开关中任意一个所在的支路的电流过大时，及时上报过流故障，以使控制模块可以及时采取应对措施，防止电流过大损坏高压电池组和电路中的开关模块。

需要说明的是，第一电流检测模块、第二电流检测模块、第三电流检测模块和第四电流检测模块可以是电流传感器，也可以是其他能够检测电流的电路，本实施方式不限制第一电流检测模块、第二电流检测模块、第三电流检测模块和第四电流检测模块的类型。

在一个例子中，由于充电开关模块和主正开关模块分别设置电流检测模块，当存在边充电和边放电的情况时，可以对充电支路和放电支路的电流做双向检查，从而得出实际充入高压电池组的电流。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

需要说明的是，以上仅为举例说明，并不对本发明的技术方案构成限定。

与现有技术相比，本实施方式中提供的高压电池组的预充电路，充电过程中，高压电池组通过充电预充模块对充电模块的容性器件进行预充，并在确定充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压符合第一约束关系后，再闭合充电开关模块，减小了充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压之间的差值。由于减小了充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压之间的差值，充电开关模块闭合的瞬间不会产生过大的冲击电流，不会对充电开关模块的寿命造成影响，进而避免了由于经常性产生较大冲击电流造成充电开关模块粘连，导致控制模块无法控制充电开关模块断开的问题，提高了高压电池组和电动汽车的安全性。放电过程中，高压电池组通过主正预充模块对放电模块的容性器件进行预充，并在确定主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压符合第二约束关系后，再闭合主正开关模块，减小了主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压之间的差值。由于减小了主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压之间的差值，主正开关模块闭合的瞬间不会产生过大的冲击电流，不会对主正开关模块的寿命造成影响，进而避免了由于经常性产生较大冲击电流造成主正开关模块粘连，导致控制模块无法控制主正开关模块断开的问题，提高了高压电池组和电动汽车的安全性。

本发明的第二实施方式涉及一种高压电池组的预充电路，本实施方式在第一实施方式的基础上做了进一步改进，具体改进之处为：在主负开关模块处增设了主负预充模块，主负预充模块可以作为备用预充模块，也可以用于使高压电池组的预充电路实现分级预充。

具体地说，如图6所示，高压电池组的预充电路还包括主负预充模块110，主负预充模块110与主负开关模块106并联。

在一个例子中，主负预充模块110作为备用的预充模块。当主正预充模块103或充电预充模块105发生故障时，高压电池组的预充电路通过主负预充模块110进行预充。

值得一提的是，由于为高压电池组的预充电路设置了主负预充模块，使得在主正预充模块或充电预设模块发生故障时，可以通过主负预设模块达到预充效果，提高了高压电池组的预充电路的可靠性。

在另一个例子，主负预充模块110分别与主正预充模块103和充电预充模块105配合，实现放电过程中的分级预充和充电过程中的分级预充。

在一个例子中，主负预充模块包括主负预充开关和第三电阻网络，主负预充开关和第三电阻网络串联，高压电池组的预充电路的电路图如图7所示。其中，v表示高压电池组，s1表示充电预充开关，r1表示第一电阻网络，s2表示充电开关模块，s3表示主正预充开关，r2表示第二电阻网络，s4表示主正开关模块，s5表示主负预充开关，r3表示第三电阻网络，s6表示主负开关模块。u1为充电开关模块的第一端的电压和主正开关模块第一端的电压，u2为主正开关模块的第二端的电压，u3为充电开关模块的第二端的电压，u4为主负开关模块的第一端的电压，u5为主负开关模块的第二端的电压。

在充电过程中，当进行分级预充时，首先闭合s1和s5，控制模块持续性地对u4和u5进行电压采样，当u4和u5满足第三约束关系时，例如，当u4等于0.5倍的u5，闭合s6，断开s5。控制模块对u1和u3进行检测，当u3＝0.8u1时，闭合s2，断开s1，此时完成分级预充。其中，在充电过程中，采用分级预充的高压电池组的预充电路的仿真图如图8所示，不采用分级预充的高压电池组的预充电路的仿真图如图9所示，图8和图9所示的仿真图的仿真结果如图10所示。由于预充主要是对充电模块两端的容性器件进行预充，故图8和图9中，以x表示充电模块两端的容性器件，v表示高压电池组，s1表示充电预充开关，r1表示第一电阻网络，s2表示充电开关模块，s3表示主负开关模块，s4表示主负预充开关，r2表示第二电阻网络。图10中，横坐标(t)表示充电时间，纵坐标(u)表示x电容两端的电压，曲线1为采用分级预充的仿真结果曲线，曲线2为不采用分级预充的仿真结果曲线。由图10可知，采用分级预充的充电电路的预充时间小于不采用分级预充的充电电路。

在放电过程中，首先闭合s3和s5，控制模块持续性地对u4和u5进行电压采样，当u4和u5满足第三约束关系时，例如，当u4等于0.5倍的u5，闭合s6，断开s5。控制模块对u1和u2进行检测，当u2＝0.8u1时，闭合s4，断开s3，此时完成分级预充。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，第三约束关系可以是主负开关模块的第一端u4的电压不小于主负开关模块的第二端u5的电压的p倍，p为小于1的正数，p的具体取值可以根据高压电池组的预充电路的具体结构、各器件的参数等设置。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，上述高压电池组的预充电路实现分级预充的方法仅为举例说明，实际应用中，还可以通过其他方式实现分级预充。例如，在充电过程中，也可以先对u1和u3进行采样，根据采样结果闭合s2之后，再对u4和u5进行采样，在放电过程中，也可以先对u1和u2进行采样，根据采样结果闭合s4之后，再对u4和u5进行采样。本实施方式不限制实现分级预充的具体过程。

在一个例子中，在检测主正开关模块102的第一端的电压、主正开关模块102的第二端的电压、充电开关模块104的第一端的电压和充电开关模块104的第二端的电压时，以主负开关模块104的第一端为参考地，在检测主负开关模块106的第一端的电压和主负开关模块106的第二端的电压时，以主正开关模块102的第一端的电压为参考地。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

需要说明的是，以上仅为举例说明，并不对本发明的技术方案构成限定。

与现有技术相比，本实施方式中提供的高压电池组的预充电路，在主负开关模块两端并联主负预充模块，使得主负预充模块可以作为备用的预充模块，也可以用于实现分级预充。当主负预充模块作为备用的预充模块时，在主正预充模块或充电预设模块发生故障时，可以通过主负预设模块达到预充效果，提高了高压电池组的预充电路的可靠性。当主负预充模块分别与主正预充模块和充电预充模块配合，实现分级预充，缩短预充时间。

本发明的第三实施方式涉及一种高压电池组的预充方法，应用于上述实施方式提及的高压电池组的预充电路。

在充电过程中，高压电池组的预充方法如图11所示，包括以下步骤：

步骤201：控制充电预充模块闭合。

在一个例子中，控制模块先闭合主负开关模块，然后控制充电预充模块闭合。或者，控制模块同时闭合主负开关模块和充电预充模块。或者，控制模块先闭合充电预充模块，再闭合主负开关模块。

步骤202：检测充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压。

步骤203：判断充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压是否符合第一约束关系。

具体地说，控制模块在确定充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压符合第一约束关系后，执行步骤204，否则，返回执行步骤202。

步骤204：闭合充电开关模块，断开充电预充模块。

具体地说，高压电池组的预充电路还包括充电模块，充电模块的第一端与充电连接端121连接，主负连接端与充电模块的第二端连接。充电预充模块闭合时，高压电池组对充电模块两端的容性器件进行预充，充电开关模块闭合后，充电模块对高压电池组进行充电。

在一个例子中，高压电池组的预充电路还包括第一电流检测模块，充电开关模块的第二端通过第一电流检测模块与充电连接端连接，第一电流检测模块与控制模块连接。控制模块在闭合充电开关模块，断开充电预充模块之后，通过第一电流检测模块对充电开关模块所在支路的电流进行监控。控制模块在确定第一电流检测模块检测得到的电流值超过第一阈值时，上报过流故障。

在一个例子中，在上报过流故障后，控制模块通过断开充电开关模块或主负开关模块、降低功率等策略，降低充电开关模块所在支路的电流。

在放电过程中，高压电池组的预充方法如图12所示，包括以下步骤：

步骤301：控制主正预充模块闭合。

在一个例子中，控制模块先闭合主负开关模块，然后控制主正预充模块闭合。或者，控制模块同时闭合主负开关模块和主正预充模块。或者，控制模块先闭合主正预充模块，再闭合主负开关模块。

步骤302：检测主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压。

步骤303：判断主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压是否符合第二约束关系。

具体地说，控制模块在确定主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压符合第二约束关系后，执行步骤304，否则，返回执行步骤302。

步骤304：闭合主正开关模块，断开主正预充模块。

具体地说，高压电池组的预充电路还包括放电模块，主正连接端与放电模块的第一端连接，主负连接端与放电模块的第二端连接。主正预充模块闭合时，高压电池组对放电模块两端的容性器件进行预充，主正开关模块闭合后，高压电池组放电至放电模块。

在一个例子中，高压电池组的预充电路还包括第二电流检测模块，主正开关模块的第二端通过第二电流检测模块与主正连接端连接，第二电流检测模块与控制模块连接。控制模块在闭合主正开关模块，断开主正预充模块之后，通过第二电流检测模块对主正开关模块所在支路的电流进行监控。控制模块在确定第二电流检测模块检测得到的电流值超过第二阈值时，上报过流故障。

在一个例子中，高压电池组的预充电路还包括第三电流检测模块，主负开关模块的第二端通过第三电流检测模块与主负连接端连接；第三电流检测模块与控制模块连接。在充电过程中，控制模块在闭合充电开关模块，断开充电预充模块之后，在确定第三电流检测模块检测得到的电流值超过第一阈值时，上报过流故障；在放电过程中，在闭合主正开关模块，断开主正预充模块之后，预充方法还包括：在确定第三电流检测模块检测得到的电流值超过第二阈值时，上报过流故障。

在一个例子中，在上报过流故障后，控制模块通过断开主正开关模块或主负开关模块、降低功率等策略，降低主正开关模块所在支路的电流。

在一个例子中，放电模块包括n个负载子模块，高压电池组的预充电路还包括n个第四电流检测模块，n个负载子模块与n个第四电流检测模块一一对应；每个负载子模块的第一端通过负载开关与对应的第四电流检测模块的第二端连接，第四电流检测模块的第一端均与主正连接端连接，每个负载子模块的第二端均与主负连接端连接；每个第四电流检测模块分别与控制模块连接；控制模块在闭合主正开关模块，断开主正预充模块之后，通过第四电流检测模块对各个负载子模块所在支路进行监控，在确定第四电流检测模块检测得到的电流值超过第三阈值时，上报过流故障。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，电流检测模块的个数可以根据高压电池组的预充电路中的开关的个数确定，有选择地，可以在每个开关所在支路设置一个电流检测模块，也可以选择一部分开关所在支路设置电流检测模块，本实施方式不限制电流检测模块的个数和设置位置。

在一个例子中，控制模块在控制充电预充模块闭合之前，确定高压电池组的绝缘阻值符合预设要求。该情况下，高压电池组的预充方法的总体策略的示意图如图13所示，包括以下步骤：

步骤3011：进行高压电池组的绝缘检测。

步骤3012：判断绝缘阻值是否符合预设要求。

具体地说，若绝缘阻值符合预设要求，则执行步骤3013，若不符合预设要求，则执行步骤3014。其中，预设要求可以根据需要设置。例如，预设要求为绝缘阻值大于第五预设值。

步骤3013：进入充电过程或放电过程。

具体地说，若当前为充电过程，在绝缘阻值符合预设要求后，执行步骤201至步骤204。若当前为放电过程，在绝缘阻值符合预设要求后，执行步骤301至步骤304。

步骤3014：上报绝缘故障。

具体地说，由于高压电池组的绝缘阻值不符合预设要求，说明高压电池组的绝缘部分可能存在故障，需要上报绝缘故障。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第四实施方式涉及一种高压电池组的预充方法，本实施方式是对第三实施方式的进一步改进，具体改进之处为：通过控制充电开关模块、充电预充模块、主负开关模块和主负开关模块的闭合顺序和断开顺序，实现充电过程中的分级预充，通过控制主正开关模块、主正预充模块、主负开关模块和主负开关模块的闭合顺序和断开顺序，实现放电过程中的分级预充。

具体地说，充电过程中，如图14所示，本实施方式的高压电池组的预充方法包括步骤401至步骤408，其中，步骤401、步骤406至步骤408分别与第三实施方式的步骤201至步骤204大致相同，此处不再赘述，下面主要介绍不同之处：

步骤401：控制充电预充模块闭合。

步骤402：控制主负预充模块闭合。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，本实施方式中，为阐述清楚，将步骤401作为步骤402的前一步骤，实际应用中，可以同时执行步骤402和步骤401，或者，先执行步骤402，后执行步骤401，本实施方式不限制执行步骤401和步骤402的前后顺序。

步骤403：检测主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压。

步骤404：判断主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压是否符合第三约束关系。

具体地说，控制模块在确定主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压符合第三约束关系后，执行步骤405，否则，返回至步骤403。

步骤405：闭合主负开关模块，断开主负预充模块。

步骤406：检测充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压。

步骤407：判断充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压是否符合第二约束关系。

具体地说，控制模块在确定充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压符合第二约束关系后，执行步骤408，否则，继续执行步骤406。

步骤408：闭合充电开关模块，断开充电预充模块。

控制模块通过执行步骤401至步骤408，实现充电过程中的分级预充。

在放电过程中，本实施方式的高压电池组的预充方法如图15所示，包括步骤501至步骤508，其中，步骤501、步骤506至步骤508分别与第三实施方式的步骤301至步骤304大致相同，此处不再赘述，下面主要介绍不同之处：

步骤501：控制主正预充模块闭合。

步骤502：控制主负预充模块闭合。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，本实施方式中，为阐述清楚，将步骤501作为步骤502的前一步骤，实际应用中，可以同时执行步骤502和步骤501，或者，先执行步骤502，后执行步骤501，本实施方式不限制执行步骤501和步骤502的前后顺序。

步骤503：检测主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压。

步骤504：判断主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压是否符合第三约束关系。

具体地说，控制模块在确定主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压符合第三约束关系后，执行步骤505，否则，返回至步骤503。

步骤505：闭合主负开关模块，断开主负预充模块。

步骤506：检测主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压。

步骤507：判断主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压是否符合第二约束关系。

具体地说，控制模块在确定主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压符合第二约束关系后，执行步骤508，否则，继续执行步骤506。

步骤508：闭合主正开关模块，断开主正预充模块。

需要说明的是，本实施方式中，为描述清楚，在充电过程中，通过先对主负开关模块的两端的电压进行检测，根据检测结果控制主负开关模块闭合，再对充电开关模块的两端的电压进行检测，根据检测结果控制充电开关闭合的方法，实现分级预充，实际应用中，也可以通过其他方式实现充电过程中的分级预充。

例如，在充电过程中，控制模块先控制主负预充模块和充电预充模块闭合，检测充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压；判断充电开关模块的第一端的电压和充电开关模块的第二端的电压是否符合第一约束关系；若确定是，闭合充电开关模块，断开充电预充模块。控制模块在闭合充电开关模块，断开充电预充模块之后，检测主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压；判断主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压是否符合第三约束关系；若确定是，闭合主负开关模块，断开主负预充模块。本实施方式不限制实现充电过程的分级预充中，对主负开关模块和充电开关模块的控制顺序。

需要说明的是，本实施方式中，为描述清楚，在放电过程中，通过先对主负开关模块的两端的电压进行检测，根据检测结果控制主负开关模块闭合，再对主正开关模块的两端的电压进行检测，根据检测结果控制主正开关闭合的方法，实现分级预充，实际应用中，也可以通过其他方式实现放电过程中的分级预充。

例如，在放电过程中，控制模块先控制主负预充模块和主正预充模块闭合，检测主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压；判断主正开关模块的第一端的电压和主正开关模块的第二端的电压是否符合第二约束关系；若确定是，闭合主正开关模块，断开主正预充模块。控制模块在闭合主正开关模块，断开主正预充模块之后，检测主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压；判断主负开关模块的第一端的电压和主负开关模块的第二端的电压是否符合第三约束关系；若确定是，闭合主负开关模块，断开主负预充模块。本实施方式不限制实现充电过程的分级预充中，对主负开关模块和充电开关模块的控制顺序。

不难发现，本实施方式为与第二实施方式相对应的方法实施例，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。